Princípios de evaporação, importância e uso

Evaporadores

Princípios da evaporação, importância e UTILIZAÇÃO.

Evaporação

A evaporação é a operação unitária que tem por objetivo a concentração de uma solução, pela retirada de solvente, fazendo a solução entrar em ebulição.

Evaporadores

Basicamente um evaporador consiste de um trocador de calor para aquecer a solução à ebulição e um separador do vapor formado pela fase líquida em ebulição. O produto de um evaporador é geralmente a solução concentrada.

A figura abaixo mostra um esquema simplificado de um evaporador.

O meio de aquecimento normalmente utilizado é o vapor d’água, que, ao passar pelo trocador, passa ao estado líquido cedendo o seu calor de condensação para a solução que então entra em ebulição.

Existe uma infinidade de tipos de evaporadores sendo que a escolha do tipo adequado para a realização de uma determinada tarefa depende das condições e das características da solução a concentrar como também das características que se deseja para o produto final.

Transferência de calor

Este é o fator mais importante no projeto de evaporadores, pois a superfície de aquecimento representa a maior parte do seu custo. Igualmente, o tipo de evaporador selecionado deve ter o mais alto coeficiente de transferência de calor sobre condições operacionais desejadas em termos de J/s×K (corrente térmica britânica unidades por hora por grau Fahrenheit) por dólar de custo instalado. Quando é exigido potencia para induzir uma circulação além da superfície de aquecimento, o coeficiente de troca térmica deve ser mais alto para compensar o custo de energia para circulação.

Separação vapor-líquido

Este problema de projeto pode ser importante por inúmeras razões. A mais importante normalmente é a prevenção de arraste por causa do valor do produto perdido, poluição, contaminação do vapor condensado, ou corrosão de superfícies nas quais o vapor é condensado. A Separação vapor-líquido no vapor de topo também pode ser importante quando o pulverizador forma depósitos nas paredes, quando os vórtices aumentarem as exigências de bombas de circulação para o topo, e quando o circuito curto fizer com que o liquido ou vapor não flasheado seja devolvido à bomba de circulação e ao elemento de aquecimento.

O desempenho do evaporador é avaliado com base na economia de vapor, ou seja, quilogramas de solvente evaporado por quilograma de vapor usado.

Em evaporadores o calor é requerido para:

1. Aumentar a temperatura inicial do alimentado até sua temperatura de ebulição.

2. Fornecer a energia termodinâmica mínima para separar o solvente do alimentado.

3. Vaporizar o solvente.

A maior economia de vapor é obtida reutilizando o solvente vaporizado. Isto é conseguido em um evaporador de múltiplo efeito usando o vapor de um efeito como meio de aquecimento em um outro efeito no qual ocorra a ebulição a uma temperatura e pressão mais baixa. Um outro método de aumento na utilização da energia é utilizar um evaporador de termocompressão no qual o vapor é comprimido de modo que se condense a uma temperatura bastante alta para permitir seu uso como meio de aquecimento no mesmo evaporador.

Seleção do tipo de evaporador

Com exceção da transferência de calor, a seleção do melhor tipo de evaporador para uma situação particular é governada pelas características de alimentação e do produto. Outro ponto a ser considerado é a cristalização, formação de depósitos, qualidade do produto, corrosão e formação de espuma. No exemplo de um evaporador de cristalização o desejo de produzir cristais de um tamanho uniforme limita geralmente a escolha de evaporadores que tem meios positivos de circulação.

Depósito de sais, que é o crescimento no corpo e na superfície de aquecimento das paredes de um material que tem solubilidade que aumenta com o aumento da temperatura, é encontrada freqüentemente em evaporadores de cristalização. Isto pode ser reduzido ou eliminado mantendo o líquido evaporando ou em freqüente contato com a grande área superficial dos sólidos cristalizados. A formação de escama é a deposição e crescimento nas paredes do corpo, e especialmente sobre superfícies aquecidas, de um material que submete-se a um produto de reação química irreversível em um evaporador que tenha solubilidade que diminua com o aumento da temperatura. A escamação pode ser reduzida ou eliminada da mesma forma que os depósitos de sais. Líquidos que provocam problemas de depósitos de sais e escamação são melhores manuseados em evaporadores que não dependem de entrar em ebulição para induzir circulação. Fouling é a formação de depósitos além dos depósitos de sais e escamas e que pode ser devido a corrosão e materiais sólidos entrando com o alimentado ou ainda pela condensação do vapor.

Qualidade do Produto

Para obter um produto de qualidade exige-se menor tempo de operação e temperatura baixa para evitar degradação térmica. Baixos tempos de operação eliminam alguns tipos de evaporadores e alguns tipos são eliminados também devido a uma pobre transferência de calor que são características de baixas temperaturas. Para qualidade do produto pode também ser determinante a qualidade dos materiais utilizados na construção para evitar contaminação metálica ou efeitos catalíticos na decomposição do produto.

Corrosão

Pode também influenciar a seleção do evaporador, pois as vantagens dos evaporadores tendo elevados coeficientes de transferência de calor são mais aparentes quando materiais de construção mais caros são indicados. Corrosão e erosão são freqüentemente mais severas nos evaporadores do que em outros tipos de equipamento por causa das velocidades elevadas do líquido e do vapor usadas, presença freqüente dos sólidos na suspensão, e a diferença de concentração necessária.

Exigências do processo de Evaporação em fábricas de papel e celulose

A primeira etapa na recuperação dos químicos alcalinos é a concentração do licor preto por evaporação.

Os objetivos básicos do processo de evaporação de licor são os seguintes:

1. Concentrar o licor